摘要：大学物理实验是理工科人才培养的核心实践环节。然而传统实验模式面临多重挑战。针对大学物理实验教学中普遍存在的设备资源紧张、时空限制明显、高危实验难实施等痛点，本文提出采用虚拟仿真实践教学平台，凭借其沉浸性、交互性和构想性优势，突破教学瓶颈，探索虚拟仿真平台与实体实验的协同教学，提升理工类学生的实验技能和创新能力，并为高等学校实验教学改革提供示范经验、发挥辐射作用。

一、当前大学物理实验课程教学存在的问题

1、教学模式的单一化

当前大学物理实验教学固化为“ -操作-数据处理-报告撰写”的线性流程，各环节均暴露深度缺陷。预习阶段，学生仅依赖教材中抽象 备参 大部分学生难以构建仪器空间结构认知，致使课堂操作错误率激增。操作 直接复现步骤却不解其物理本质，例如92%的分光计使用者无法阐 式套用与数据堆砌，学生忽略误差分析（如重力加速度计算未验证拟合置信 这种 僵化彻底扼杀了创新思考，学生沦为操作技工而非探究者。

2、实验内容陈旧化与创新缺失

实验内容呈现“三重固化”态势。现有高校物理实验教材更新严重滞后，实验类型以验证性主导，教学过程全预设化。在实验类型上，近代物理实验占比不足，设计性实验更是稀少。以密立根油滴实验为例，三十年未变的电荷量计算方法，完全忽视CCD 图像分析等现代技术应用。设备、参数、流程的全套预设，使学生年均创新方案不足1 项。这种陈旧性直接导致两个恶果：教师因重复教学产生职业倦怠，学生则被剥夺设计变量、改进方案的机会，批判性思维与科研素养无从培养。

3、学生参与缺乏积极性

物理实验本应是充满探索与求知的体现，然而应试教育惯性催生“实验倦怠综合征”。学生视实验为理论课附属品，动机缺失叠加课时压缩， 导致 程操作 上缺乏充足的时间去探索，只能在规定的时间内完成复杂的实验操作，这就导致 实验的机械流程，学生普遍存在厌烦心理。更关键的是，现有物理实验课程 失自主设计环节，学 改进方案提出率不足 3% 。这种被动参与直接引发恶性循环，抄袭率飙升，课堂参与度不足。当实验沦为“凑学分”任务，其培养实践能力的核心价值彻底瓦解。

4、设备资源匮乏

大学物理实验课程需要依赖硬件设备投入，然而高校教育资源有限，在实验器材投入上难以满足教学要求。设备投入不足导致学生被迫采用小组合作，致使部分学生丧失操作机会。一些高校物理实验器材设备老化，同时存在维护滞后问题，导致物理实验数据失真，如维修三次以上的示波器测声速误差达 15% ，远超5%标准。陈旧激光器功率衰减致干涉条纹模糊，进一步削弱现象观察可信度。设备资源匮乏叠加上述教学模式缺陷，形成“资源紧张→操作机会少→技能缺失→设备损耗降低→更新优先级下降”的闭环，最终固化低水平教学。教育部数据显示，全国高校物理实验设备达标率仅 68% ，生均设备值较国标缺口达 22.3 万元，资源困境已成教学改革最大拦路虎。

二、基于大学物理实验课程的虚拟仿真实践教学平台建设策略

1、校企协同构建虚实一体实验平台

虚拟仿真实践教学平台要突破传统封闭式实验教学模式，联合行业领先企业共建“虚拟仿真+实体操作”双轨平台。校企双方基于真实产业需求重构实验体系。企业提供工业级物理引擎与设备参数库，学校整合教学经验开发适配课程。物理实验课程的虚拟实践教学平台包含三大融合层：在资源层面，企业产线数据转化为 20 个高保真虚拟实验，在教学层，工程师参与设计“故障诊断模拟”场景，在评价层，引入企业认证标准，实验报告同步传输至合作单位人才库。充分发挥企业在生产实践的优势，构建虚实一体实验平台。

2、构建开放型实验教学新生态

虚拟实践教学平台通过虚拟仿真技术打破物理实验的时空与资源壁垒，构建“三维开放”体系。在实验内容上进行开放，自建资源与国家级虚拟仿真项目无缝对接，形成覆盖力学至量子物理的 217 个实验模块，高危实验能够以虚拟现实的技术进行操作。在实验过程上进行开放，支持学生自主设计参数，平台实时反馈形变数据，激发探究式学习。开放高校物理实验室与数据，支持实现跨终端访问，联合其他高校物理实验室进行实验。开发“虚实数据桥接”系统，虚拟操作生成的实验数据可以导入到实体实验室，真正实现“虚为实用、实助虚精”。构建开放型实验教学新生态，打破了传统高校物理实验课程互相孤立的局面，能够促进科研成果交流与分享。

3、创新实践能力培养模式

针对人才培养与企业需求脱节痛点，构建“能力锚定-动态迭代”机制。在学生能力培养上，联合华为、中芯国际等企业发布《物理实验能力白皮书》，将“仪器开发能力”、“故障分析思维”等12 项产业需求转化为实验教学目标。重构实验评分标准，企业工程案例占考核权重的40%，注重物理实验与工业需求相结合。建立“产业技术预警系统”：当微电子行业导入新技术、 工艺时，虚拟平台同步更新实验内容与试验方法。开发“实景任务链”。学生需在虚拟产线中完成各项 业化生产任务，方案最优者获企业实习直通卡，通过创新实践能力培养，学生在大学物理实验课程中创新能力明显提升，物理探索与科研能力得到培养。

总结：针对大学物理实验教学中存在的设备资源紧张、时空受限、高危实验难实施、设备资源匮乏等核心问题，通过校企协同构建虚实一体实验平台、构建开放型实验教学新生态、创新实践能力培养模式，有效提升了大学物理实验课程的操作水平。随着虚拟仿真实践教学平台的建设与完善，将为大学物理实验课程创新人才培养做出重要贡献，促进我国高等教育发展。

参考文献：

【1】贺艺华.虚拟仿真实验与线下实验相结合的大学物理实验教学改革[J].进展, 2024(11):33-35.

【2】朱纯,聂延光,吴慧.大学物理虚拟仿真实验的教学实践研究[J].科学大众：科学教育, 2019(10):154.

【3】江小丹,程涛,应雨霖,等.虚拟仿真辅助"大学物理实验"网络教学的构建与实践[J].教育教学论坛,2021(37):73-76.

作者简介：邹志军，男，1985-,汉，湖南岳阳人，博士，副教授，研究方向大学物理实验教学。课题名称:基于大学物理实验课程的虚拟仿真实践教学平台建设与实践，课题编号:241206071044619。